15 Juni 2015

Arzneipflanzen effizienter trocknen

Kosten durch Einsparung von Energie reduzieren

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Kamilleblüten müssen direkt nach der Ernte zügig getrocknet werden, damit die wertvollen Inhaltsstoffe nicht verloren gehen. Foto: FNR/W. Stelter

In zwei Forschungsprojekten testeten das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) und die Universität Hohenheim Ansätze, die Trocknung von Arzneipflanzen zu optimieren – in Laboranlagen, Computersimulationen und in Praxisbetrieben. U.a. ließen sich durch Einbau von Erdgas-BHKW, Wärmepumpen und strömungsoptimierter Trocknung bei der Agrargenossenschaft Nöbdenitz 38 Prozent Primärenergie einsparen.

Die Vorhaben wurden vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.

Die chargenweise Flächentrocknung ist ein gängiges Verfahren für Arzneipflanzen. Sie ermöglicht große Durchsätze und eine hohe Produktqualität. Allerdings beansprucht der Prozess wegen des hohen Energieaufwandes allein bis zu 50 Prozent der Produktionskosten der Arzneipflanzen. Das ATB erprobte deshalb ein innovatives, kombiniertes Trocknungsverfahren bei der Agrargenossenschaft Nöbdenitz eG: In eine bestehende Trocknungshalle bauten die Forscher ein Erdgas-Blockheizkraftwerk (BHKW) und zwei Wärmepumpen mit interner Wärmerückgewinnung ein. Der Strom des 240 kW-Erdgas-BHKWs treibt nun die beiden Wärmepumpen an, die zwei von insgesamt fünf Trocknungsrosten beheizen und über integrierte Kreuzstrom-Wärmeüberträger ca. 35 bis 50 Prozent der Wärme zurückgewinnen. Die 365 kW Wärmeleistung des BHKWs unterstützt die zentrale, mit Erdöl und Erdgas befeuerte Heizungsanlage (4.200 kW), die die anderen drei Trocknungsroste und zwei weitere Trocknungshallen beheizt.

Um die Wärmepumpenphase der Trocknung energetisch weiter zu optimieren, stellten die Forscher zunächst eine der beiden Wärmepumpen vom geschlossenen auf einen teiloffenen Betrieb um, d.h. auf einen Betrieb mit Beimischung nicht erwärmter Außenluft. Es zeigte sich, dass dieses neue Regelungsprinzip deutlich energieeffizienter abschnitt, gleichzeitig war die Trocknungsleistung größer. Ursächlich dafür ist u. a. die Möglichkeit, im teiloffenen Betrieb das natürliche Trocknungspotenzial der Außenluft und die Leistung des Kältemittelverdichters als Trocknungswärme optimal zu nutzen.

Zusätzlich führte das ATB Simulationsrechnungen sowie umfangreiche Messungen über den leeren Trocknungsrosten durch, um die Trocknung strömungstechnisch zu optimieren. Auf Basis der Ergebnisse bauten die Forscher Leitblechpakete in den Druckkammern hinter den Hauptventilatoren ein und konnten so eine erheblich gleichmäßigere Luftverteilung über die Breite der Roste erreichen.

Im Rahmen einer Energiebilanzierung ermittelte das ATB-Team schließlich das gesamte Primärenergie-Einsparpotenzial: Um mehr als 50 Prozent kann die Kombination Erdgas-BHKW – Wärmepumpen im teiloffenen Betrieb – strömungsoptimierte Trocknung den Energieverbrauch gegenüber der konventionellen Lufterwärmung mit Öl und Gas reduzieren. Im energetischen Monitoring an der Praxisanlage wurden Primärenergieeinsparungen von 38 Prozent nachgewiesen. Ursache für die Abweichung von den theoretisch möglichen Werten waren suboptimale Betriebsbedingungen, wie z. B. Leerlaufzeiten bei der Trocknung und ein reduzierter elektrischer Nutzungsgrad des BHKWs durch Teillastbetrieb.

Die Universität Hohenheim führte in einem zweiten Teilvorhaben

Grundlagenuntersuchungen mit einer Präzisionstrocknungsanlage durch und ermittelte die optimalen Werte für Zitronenmelisse, Baldrian und Kamilleblüten. Mit Hilfe von CFD-Strömungssimulationen ermittelten die Hohenheimer Forscher auch Möglichkeiten, Kipphordentrockner zu optimieren. Im Ergebnis empfehlen sie zur Erreichung einer gleichmäßigeren Trocknung die Entfernung des Verteilerkastens und den Einbau eines gleichmäßigen Widerstandes, zum Beispiel eines Lochgitters. Ergänzend zu den Grundlagenuntersuchungen optimierte die Uni Hohenheim mehrere Praxisanlagen.

Die vollständigen Ergebnisse beider Vorhaben sind in den Abschlussberichten nachzulesen, die auf www.fnr.de im Menü Projekte & Förderung unter den Förderkennzeichen 22012509 und 22012609 zum Download bereit stehen.

Source: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Pressemitteilung, 2015-06-10.

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